齿驻波无刷双馈电机的磁场特性研究与应用
发布时间：2021-10-30 07:56
目前,我国乃至世界的能源资源日益紧张,生态环境问题加剧,寻求和探索适用于可再生能源发电以及新能源驱动的电机类型,实现和扩大能源替代规模已经迫在眉睫。无刷双馈电机作为一种运行可靠性高,运行方式灵活多样的新型交流电机,其结构特点和运行特性使得该类电机适用于风力、水力和船舶轴带发电的变速恒频发电领域,以及以风机泵类为负载的变频调速领域,符合节能、环保、高效的行业发展趋势。近几年,针对不同类型无刷双馈电机的结构设计与优化、磁场理论、数学模型以及新型有效控制策略等方面的研究已经如火如荼。本文将以绕线转子无刷双馈电机为研究对象,从理论推导、有限元仿真计算和样机实验的角度,对以下几个方面的内容进行介绍和分析:首先,将对无刷双馈电机的产生和早期发展进行回顾,以电机结构类型为主要脉络,对各种类型无刷双馈电机的研究现状进行阐述,并以工业应用为背景对其性能优势进行分析。随后,论文将以绕线转子无刷双馈电机为主体,在对其定转子基本结构和电机内部各物理量的电磁关系进行简要介绍后,将对该类电机包括转速频率关系、能量传递关系与方向以及各种运行方式在内的基本运行原理进行详细分析,为后文关于其气隙合成磁场特征的研究进行铺...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
同轴串级联接绕线转子感应电机结构示意图
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文教授及其团队。他们较早地总结了特殊笼型结构无刷双馈电机的设计方法，并提出了比较精确的模型和参数计算方法，同时对电机空载异步起动、双馈稳态运行等运行状态进行了仿真，这对电机设计和控制算法的优化具有指导意义[20-26]。英国剑桥大学课题组从本世纪初开始陆续发表关于特殊笼型转子无刷双馈电机的学术论文，其探索的重点侧重于等效电路推导、参数计算和控制策略的研究[27-45]。文献[29]提出了一种无刷双馈电机的等效电路及其参数的计算方法，该等效电路能准确有效分析电机级联异步和同步运行状态下的转速转矩特性，是目前承认度最高、应用性最广的无刷双馈电机等效电路。文献[39]和[40]提出了一种适用于各种极对数配合的特殊笼型转子无刷双馈电机通用型矢量控制模型和方法；文献[42]提出了一种能有效应对不平衡运行条件下的动态控制方法。这些控制策略均有效推进了无刷双馈电机在风力发电上的应用。
对不同结构的磁阻式转子无刷双馈电机进行了性能对比和优化[58-66]。文献[58]和[59]在之前 d-q 模型的基础上提出了一种磁场定向控制策略，使得整个发电系统能实现低成本、灵活、高效运行；文献[60]在 ABC 三相坐标系下，根据定转子几何结构与绕组分布，对空载和负载状态下的磁场进行了非线性有限元计算和仿真，直观地反映了两个极对数磁场之间的耦合能力。纽卡斯尔大学 R.E.Betz 教授及其团队在2000 年前后主要针对磁阻式转子无刷双馈电机的控制方法进行了研究，提出了标量控制、矢量控制、功率因数控制等不同的控制策略，对电机性能与变频器容量大小的平衡做了优化选择[67-71]。该团队在 2003 年至 2005 年的研究重点转移到了该类电机本体结构的细节研究，例如：比较了轴向叠片结构和径向叠片结构的优劣，并从涡流损耗的角度认为径向叠片结构更适用于无刷双馈电机；同时，研究了叠压系数对电机转矩密度的影响等问题[72-74]。该团队在 2010 年之后主要针对磁阻式无刷双馈电机在兆瓦级风力发电系统的应用进行了研究，包括采用磁障分段结构的转子优化设计以及新型硅钢片材料的运用等[75-81]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型混合式转子无刷双馈电机[J]. 任泰安,阚超豪,吴红斌,黄长喜,石龙皓. 中国电机工程学报. 2018(09)
[2]磁阻式无刷双馈电机的转子结构及其性能分析[J]. 黄长喜,阚超豪,任泰安,赵威. 电工技术学报. 2017(S2)
[3]两种不同笼型转子结构无刷双馈电机的稳态运行性能对比[J]. 欧先朋,韩力,韩雪峰,杜江,李辉. 电工技术学报. 2017(23)
[4]新型磁障转子无刷双馈电机热计算[J]. 张凤阁,蒋晓东,李应光,Zhang Yue,王金松. 中国电机工程学报. 2018(09)
[5]无刷双馈风力发电机的设计、分析与控制[J]. 程明,韩鹏,魏新迟. 电工技术学报. 2016(19)
[6]绕线转子无刷双馈电机‘Π’型等效电路[J]. 刘光军,王雪帆,熊飞. 中国电机工程学报. 2016(20)
[7]笼型转子无刷双馈电机异步运行模式的实验研究[J]. 杜江,韩力,欧先朋,韩雪峰. 中国电机工程学报. 2016(14)
[8]《中国制造2025》:我国电机行业发展现状分析与发展方向[J]. 王琨. 电器工业. 2015(10)
[9]电动汽车用新型双定子无刷双馈电机转子磁链定向控制[J]. 李宁,程明,韩鹏. 电工技术学报. 2014(S1)
[10]船舶节能环保技术综述[J]. 杨森,杨杰,苗春晖. 舰船科学技术. 2014(10)
博士论文
[1]永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制算法研究[D]. 李波.华南理工大学 2017
[2]直驱式永磁风力发电系统变流器容错运行综合优化设计[D]. 朱翀.浙江大学 2016
本文编号：3466371
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
同轴串级联接绕线转子感应电机结构示意图
华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文教授及其团队。他们较早地总结了特殊笼型结构无刷双馈电机的设计方法，并提出了比较精确的模型和参数计算方法，同时对电机空载异步起动、双馈稳态运行等运行状态进行了仿真，这对电机设计和控制算法的优化具有指导意义[20-26]。英国剑桥大学课题组从本世纪初开始陆续发表关于特殊笼型转子无刷双馈电机的学术论文，其探索的重点侧重于等效电路推导、参数计算和控制策略的研究[27-45]。文献[29]提出了一种无刷双馈电机的等效电路及其参数的计算方法，该等效电路能准确有效分析电机级联异步和同步运行状态下的转速转矩特性，是目前承认度最高、应用性最广的无刷双馈电机等效电路。文献[39]和[40]提出了一种适用于各种极对数配合的特殊笼型转子无刷双馈电机通用型矢量控制模型和方法；文献[42]提出了一种能有效应对不平衡运行条件下的动态控制方法。这些控制策略均有效推进了无刷双馈电机在风力发电上的应用。
对不同结构的磁阻式转子无刷双馈电机进行了性能对比和优化[58-66]。文献[58]和[59]在之前 d-q 模型的基础上提出了一种磁场定向控制策略，使得整个发电系统能实现低成本、灵活、高效运行；文献[60]在 ABC 三相坐标系下，根据定转子几何结构与绕组分布，对空载和负载状态下的磁场进行了非线性有限元计算和仿真，直观地反映了两个极对数磁场之间的耦合能力。纽卡斯尔大学 R.E.Betz 教授及其团队在2000 年前后主要针对磁阻式转子无刷双馈电机的控制方法进行了研究，提出了标量控制、矢量控制、功率因数控制等不同的控制策略，对电机性能与变频器容量大小的平衡做了优化选择[67-71]。该团队在 2003 年至 2005 年的研究重点转移到了该类电机本体结构的细节研究，例如：比较了轴向叠片结构和径向叠片结构的优劣，并从涡流损耗的角度认为径向叠片结构更适用于无刷双馈电机；同时，研究了叠压系数对电机转矩密度的影响等问题[72-74]。该团队在 2010 年之后主要针对磁阻式无刷双馈电机在兆瓦级风力发电系统的应用进行了研究，包括采用磁障分段结构的转子优化设计以及新型硅钢片材料的运用等[75-81]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型混合式转子无刷双馈电机[J]. 任泰安,阚超豪,吴红斌,黄长喜,石龙皓. 中国电机工程学报. 2018(09)
[2]磁阻式无刷双馈电机的转子结构及其性能分析[J]. 黄长喜,阚超豪,任泰安,赵威. 电工技术学报. 2017(S2)
[3]两种不同笼型转子结构无刷双馈电机的稳态运行性能对比[J]. 欧先朋,韩力,韩雪峰,杜江,李辉. 电工技术学报. 2017(23)
[4]新型磁障转子无刷双馈电机热计算[J]. 张凤阁,蒋晓东,李应光,Zhang Yue,王金松. 中国电机工程学报. 2018(09)
[5]无刷双馈风力发电机的设计、分析与控制[J]. 程明,韩鹏,魏新迟. 电工技术学报. 2016(19)
[6]绕线转子无刷双馈电机‘Π’型等效电路[J]. 刘光军,王雪帆,熊飞. 中国电机工程学报. 2016(20)
[7]笼型转子无刷双馈电机异步运行模式的实验研究[J]. 杜江,韩力,欧先朋,韩雪峰. 中国电机工程学报. 2016(14)
[8]《中国制造2025》:我国电机行业发展现状分析与发展方向[J]. 王琨. 电器工业. 2015(10)
[9]电动汽车用新型双定子无刷双馈电机转子磁链定向控制[J]. 李宁,程明,韩鹏. 电工技术学报. 2014(S1)
[10]船舶节能环保技术综述[J]. 杨森,杨杰,苗春晖. 舰船科学技术. 2014(10)
博士论文
[1]永磁同步风力发电系统最大功率跟踪控制算法研究[D]. 李波.华南理工大学 2017
[2]直驱式永磁风力发电系统变流器容错运行综合优化设计[D]. 朱翀.浙江大学 2016
本文编号：3466371
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3466371.html
